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纳米结构材料界面失配位错形核机理研究

作　者: 章的
导　师: 刘又文
学　校: 湖南大学
专　业: 力学
关键词: 纳米结构材料表界面效应压电材料纳米孔核壳纳米线失配位错失配位错偶极子临界薄膜厚度复变函数方法
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

纳米材料由于其优越的物理、力学性能得到了科技领域高度的重视和广泛的应用。当复合材料微结构尺寸达到纳米级时，由于强烈的界面效应和尺寸效应，其力学性能将发生显著改变。界面失配位错形核机理是制约复合材料强韧化性能和损伤失效的关键科学问题之一。本文分别以纳米孔介材料和核壳纳米线为研究对象，应用弹性复势理论，获得了含纳米孔和核壳纳米线薄膜材料基体和薄膜区域的复势函数解析解；揭示了表界面效应和相关材料参数对失配位错形核的影响规律，主要研究成果如下：1.研究了纳米孔表面弹性和压电材料涂层的界面失配位错形核机理。首先研究了纳米孔表面薄膜界面失配位错形核。当基体与薄膜的相对剪切模量超过某一值后，只有考虑负的表/界面应力时位错才有可能形核，薄膜厚度在小于某一临界尺寸时负的表/界面应力更容易位错形核，薄膜厚度大于某一临界尺寸时正的表/界面应力更容易位错形核。然后研究了压电材料中纳米孔表面薄膜界面失配位错形核，分析了压电常数和特征应变对界面失配位错形核的影响，当基体与薄膜的相对压电常数比越大位错形核所需的临界薄膜厚度越小，特征应变越大位错形核所需的临界薄膜厚度越小。2.研究了弹性和压电核壳纳米线界面失配位错形核机理。首先研究了核壳纳米线的界面失配位错形核，分析了表面、界面效应和残余应力对界面失配位错形核的影响，正(负)表面、界面残余应力会增大(缩小)螺型失配位错形核时所需的膜厚度范围。正(负)表面、界面效应会增大(减小)螺型失配位错形核时所需的临界膜厚度和失配应变临界值。然后研究了核壳纳米线在压电材料中的失配位错形核机理。应用力电耦合本构方程与复变函数方法相结合，获得了压电薄膜区域的应力场复势函数解析解答，导出了该问题的位错形核临界条件。分析了材料常数对失配位错形核的影响，并与弹性材料中核壳纳米线界面失配位错形核进行了对比。最后研究了压电核壳涂层中失配位错偶极子形核机理。讨论了涂层内不同位置失配位错偶极子形核的可能性。分析表明，相对压电常数比越小失配位错偶极子形核的可能性越大，当离核的位置越远失配位错偶极子形核的可能性越大。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 位错与材料微结构交互作用研究现状  11-13
  1.3 复合材料和薄膜材料界面失配位错研究现状  13-14
  1.4 本文的主要研究内容与创新点  14-16
第二章纳米尺度圆孔表面薄膜界面失配位错形核  16-27
  2.1 引言  16
  2.2 弹性反平面问题的复势解法  16-19
  2.3 问题描述和求解  19-22
  2.4 失配位错的形核条件  22-24
  2.5 分析与讨论  24-26
  2.6 本章小结  26-27
第三章压电材料中纳米孔表面薄膜界面失配位错形核  27-37
  3.1 引言  27
  3.2 问题描述和求解  27-33
  3.3 失配位错的形核条件  33-34
  3.4 分析和讨论  34-36
  3.5 本章小结  36-37
第四章核壳纳米线界面失配位错形核  37-50
  4.1 引言  37-38
  4.2 问题描述和求解  38-43
  4.3 失配位错的形核条件  43-46
  4.4 分析与讨论  46-49
  4.5 本章小结  49-50
第五章压电核壳纳米线界面失配位错形核  50-60
  5.1 引言  50
  5.2 问题描述和求解  50-55
  5.3 失配位错的形核条件  55-57
  5.4 分析与讨论  57-59
  5.5 本章小结  59-60
第六章压电核壳纳米线失配位错偶极子形核机理  60-69
  6.1 引言  60
  6.2 问题描述和求解  60-65
  6.3 失配位错偶极子的形核条件  65-66
  6.4 分析与讨论  66-68
  6.5 本章小结  68-69
总结与展望  69-71
参考文献  71-78
致谢  78-79
附录 A 硕士学位期间完成与发表的学术论文  79-80
附录 B 攻读硕士学位期间参加的主要科研项目  80

纳米结构材料界面失配位错形核机理研究

内容摘要

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